工程學科(一)科

本作品的特色是以Arduino撰寫程式，透過介面電路將晶片的小電壓轉換成大電壓來控制自製的大型七段顯示器輸出，全部顯示器以掃描技術呈現，平均消耗功率約2~3W，與市場上常見的器材約20W~30W相比是一台極省電的電子計分板，計時基準時脈電路使用開發板上的16 MHz石英震盪器進行設計，實測誤差值低於1%，使用在球場上可以提升賽事品質，體育課的分組活動或校內班際球賽都能獲得如同職業賽事般的競賽氛圍。

無線充電是新型的一種充電方式，原理是利用電磁感應達到無線傳輸的一種充電方式，無線充電總共有四種，分別是磁感應式、磁共振式、電場耦合式、無線電波式。本篇研究將對磁共振式無線傳輸模組進行探討，並且與磁感應式無線傳輸模組進行功率數據上之比較，探討磁共振是否能提供無線傳輸更好的傳輸功率。當輸入方波訊號並且頻率由10kHz~100kHz，實驗結果發現當磁共振式的輸入頻率為60kHz時測量到的功率為最大，磁共振式相較磁感應式在功率上高約22倍，當兩線圈間達到阻抗匹配及諧振匹配能夠使功率進一步提升至29倍。依據實驗探討和結果，可以得知影響磁共振式功率的原因有線圈的電感值，以及發射線圈和接收線圈間之諧振匹配與阻抗匹配。

AI智慧在新時代嶄露頭角，我們融合了紅外線熱感測儀、GPS座標定位系統和AI人臉識別技術，成功研發了一款創新的AI人工智能水上搜救裝置。我們的目標是透過這項技術，提高溺水者得到及時救援的機會，保障海上活動的安全。本研究將進行一系列測試，以驗證該裝置之性能。同時測試其防水性能，以確保其電子設備不會受損。接著，我們會進行座標回傳的測試，確保裝置能夠準確地定位需施救者的位置，將有助於救援隊伍快速響應。最後，我們將測試結合紅外線熱感測儀的人員識別系統，在海上環境中正常運作並準確識別需救援者的能力。本創新的技術將為海上救援帶來新血，使救援行動更加高效和可靠。我們期待這項裝置的成功應用，以保護更多海上活動者的安全。

本研究在探討如何將「雷射都卜勒震動儀」（Laser Doppler Vibrometer, 以下簡稱 LDV）所測量出的一維訊號，進一步轉換出二維資訊，意即聲源的來向。本研究包含兩個部分：以物理推導出系統模型，與利用音檔進行深度學習以訓練AI模組，並根據不同聲源來向進行分類。經過推導，我們發現LDV所輸出訊號與待測物表面之關係。同時，也利用程式模擬待測物受聲波影響後之振動模式。藉此，我們以模擬還原出了LDV所收到的音檔，並與實際錄製音檔比較。最終，我們成功建立了分類準確率將近100%的AI模型，並改善了過去的聲源定位方法。

本研究開發了一套結合無人機、紅外線熱顯像技術與YOLO模型的建築物外牆磁磚剝落檢測系統。該系統利用無人機搭載樹莓派與紅外線雙光雲台相機，對建築外牆進行檢測，以精確辨識空鼓與水泥裸露區域。我們透過紅外線熱顯像技術識別牆面溫度異常區域，並運用YOLO模型標示裸露水泥區域，最終將標示後的圖像進行分析與疊合比較，以評估磁磚剝落風險，並生成評估報告。 此外，本系統整合了3D建模技術，以重建大樓外觀，並結合風險評估報告，直觀標記出具有磁磚剝落風險的區域，提升使用者對建築維護的理解與掌握。該系統 除了 能提高檢測的準確性與效率，還有效降低時間與人力成本，為建築維護提供可靠的數據支持。

本研究針對傳統單轉子發電機效能不彰能量嚴重耗損，提出創新雙轉子技術以提升發電效率降低能源浪費。核心設計為雙轉子反向旋轉結構，透過相對運動提升角速度與磁場變化，增強感應電動勢生成。透過對比實驗，證實雙轉子結構較單轉子提升1.4倍感應電動勢，參考Weber Fechner Low建立對數數學模型，描述電動勢與旋轉參數之非線性關係。 同步研發雙轉子架構展現穩定性與模組化彈性擴充，具備取代傳統發電機潛力，適用於分散式發電與再生能源領域，展現高效、緊湊且具實用價值之創新應用電力生成技術方案。

水中地形的探測多半傾向於專業領域方能觸及之項目，然而對一般學生而言，亦有可能需要使用水底探測的時機，成本考量與可行性將是一大挑戰。本研究旨在找出可能的辦法解決上述問題，並測試準確度。最終本研究利用防水的超音波感測器作為聲納掃描後，利用架設好的server回傳超音波數據，預處理後以立體模型的方式呈現出來。經由路面和水中實測並取得實驗數據，於結論中有詳盡資料測值，具有可視化的地形建模，和簡單上手的操作介面進行觀測，未來期盼能成為簡易且實用的探測儀器或改良原型，並能投入其他水上領域。

平行四連桿機構廣泛應用於機械手臂中，若於桿件上加掛橡皮筋，可顯著降低轉動所需力矩，實現節能。然而，現有設計多依賴經驗與試錯法，缺乏系統化方法。本研究開發出高直觀性橡皮筋平行四連桿輔助設計程式，能提升機構設計效率與準確性。透過建立橡皮筋施加於連桿的數值分析力矩模型，並透過實驗數據對彈力常數進行非線性修正，提高模型有效性。同時，構建綜合指標以評估系統性能，並運用基因演算法搜尋最佳參數組合。實驗結果顯示，運用輔助設計程式尋找橡皮筋的最佳掛置點，能抵銷高達99%連桿所需做功，展現極高應用潛力。未來將納入轉動慣量與摩擦力，進一步提升模型現實性，並推廣至其他四連桿機構設計，為機械系統節能提供全面解決方案。

本研究徹底解決電容式觸控毛筆的擬真性問題。我們研究被動式電容觸控筆的材料與工作原理，得知材料能夠產生高電容，就能產生高靈敏度觸控感應。厚度薄、面積大以及高介電常數的材料能產生高電容，都是良好的電容式觸控材料。這結果推翻了「電容觸控原理是基於材料的導電性或靜電傳導能力」的假說。有別於導電刷毛(碳纖維)筆頭的乾式觸控筆，我們直接將真實毛筆改造成觸控毛筆，利用「溼潤軟毛筆頭」具有高電容特性以及電容串並聯原理，開發出「全真軟毛被動式電容觸控筆」。得到與真實毛筆書寫過程相同筆性、筆觸與藝術效果，是目前擬真度最高的觸控毛筆。這個創新設計製程簡單且不需電源，因此具有節能與低成本的優點。

本研究將火箭分成三大部分：推進、姿態控制、降落，各別研發製作，用 低成本材料結合Arduino實現動態控制，以及自製出研發測量及實驗所需的器材，最後將所有技術整合完成一整支火箭。我們自行設計了引擎噴嘴，結合實驗將噴嘴推力提升，並比較不同噴嘴的推力。為了完成姿態測量，我們利用Arduino自製姿態測量系統，經過測試將其放置於火箭中用其自動量測數據並存取。回收火箭的動態姿態控制系統之部分，我們自製柵格翼，以及利用生活中所見有趣事物，創新製作圓筒姿態控制，實現火箭在空中動態控制。最後將技術整合，完成火箭。